Python程序設(shè)計第1章計算機(jī)與編程基礎(chǔ)第1章計算機(jī)與編程基礎(chǔ)1.1導(dǎo)論1.2硬件與軟件1.3存儲數(shù)據(jù)1.4運(yùn)行程序1.5使用Python1.6總結(jié)第1章計算機(jī)與編程基礎(chǔ)1.1導(dǎo)論1.1程序計算機(jī)是可以被編程的；計算機(jī)可以完成程序告訴他們做的任何工作；程序：計算機(jī)完成某種任務(wù)時執(zhí)行的一組指令集合；程序通常也被稱為軟件；程序員:（經(jīng)過培訓(xùn)后）具備一個設(shè)計，編寫和測試計算機(jī)程序技能的人員；程序員也可以被稱為軟件開發(fā)人員或軟件工程師；第1章計算機(jī)與編程基礎(chǔ)1.2硬件與軟件1.2硬件硬件：組成計算機(jī)的物理設(shè)備或組件；計算機(jī)是一個由多個設(shè)備組成，能夠協(xié)同工作的系統(tǒng)；最典型的組件；中央處理器（CPU）；內(nèi)存；輔助存儲設(shè)備；輸入，輸出設(shè)備；1.2中央處理器（一）中央處理器（CPU）：是計算機(jī)中實際運(yùn)行程序設(shè)備；最重要的設(shè)備，沒有之一；沒有中央處理器（CPU），計算機(jī)將無法運(yùn)行軟件；曾經(jīng)是巨型設(shè)備；1.2中央處理器（二）中央處理器（CPU）發(fā)展的歷程;真空管（1957年以前）；晶體管（1958-1963年）；集成電路（1964-1969年）；大規(guī)模集成電路（1970年以后）；微處理器：如今CPU是被稱為微處理器的小芯片；1.2內(nèi)存內(nèi)存：是計算機(jī)在程序運(yùn)行時存儲程序代碼以及程序正在處理數(shù)據(jù)的地方；內(nèi)存通常被稱為隨機(jī)存取儲存器（RAM）;CPU能快速訪問存儲在RAM中任意位置的數(shù)據(jù)；RAM通常時一種易失性內(nèi)存，僅在程序運(yùn)行時用于臨時存儲；計算機(jī)關(guān)閉時，RAM的內(nèi)容將被刪除；1.2輔助存儲設(shè)備輔組存儲（簡稱輔存）：可以長時間保存數(shù)據(jù)，即使在計算機(jī)關(guān)閉時，任能保存數(shù)據(jù)；程序通常存儲在輔存中，并根據(jù)需要加載到內(nèi)存中;輔助存儲設(shè)備的種類;磁盤驅(qū)動器（簡稱硬盤）：傳統(tǒng)的硬盤（HDD）將數(shù)據(jù)通過磁編碼寫入旋轉(zhuǎn)的圓盤上存儲；固態(tài)驅(qū)動器（也稱固態(tài)硬盤）：固態(tài)硬盤（SSD）不存在移動的部件，運(yùn)行速度比傳統(tǒng)硬盤快；USB驅(qū)動器（閃存）：是插入計算機(jī)USB（通用串行總線）端口的小型設(shè)備，攜帶方便，數(shù)據(jù)存儲在稱為閃存的特殊類型存儲器上；光學(xué)設(shè)備：如CD（光盤）和DVD（數(shù)字多功能磁盤），數(shù)據(jù)通過一系列凹坑儲存在光盤上，光驅(qū)通過激光檢測凹坑讀取編碼數(shù)據(jù)；1.2輸入設(shè)備輸入：指計算機(jī)從人和其他設(shè)備手機(jī)的任何數(shù)據(jù)；輸入設(shè)備：收集數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備稱為輸入設(shè)備;例如，鍵盤，鼠標(biāo)，掃描儀，麥克風(fēng)和數(shù)碼相機(jī)；磁盤驅(qū)動器和光盤驅(qū)動器也可以被視為輸入設(shè)備，因為程序和數(shù)據(jù)從它們中獲取并加載到計算機(jī)的內(nèi)存中；1.2輸出設(shè)備輸出：是指計算機(jī)為人或其他設(shè)備生成的數(shù)據(jù)；輸出可以是文本，圖像，音頻，或者是比特流（一串二進(jìn)制代碼）；輸出設(shè)備：能格式化和顯示計算機(jī)生成數(shù)據(jù)的設(shè)備;例如，顯示器和打印機(jī)；磁盤驅(qū)動器和CD刻錄機(jī)也可以被視為輸出設(shè)備，因為計算機(jī)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)發(fā)送給它們以便保存；1.2軟件從打開電源到關(guān)閉系統(tǒng)，計算機(jī)所有的操作都由軟件控制；軟件一般分為一下兩類;例如，顯示器和打印機(jī)；系統(tǒng)軟件；應(yīng)用軟件；1.2系統(tǒng)軟件控制和管理計算機(jī)基本操作的程序稱為系統(tǒng)軟件；操作系統(tǒng)：控制，管理計算機(jī)中所有硬件的運(yùn)行；在臺式機(jī)和筆記本電腦中的操作系統(tǒng)如Windows，MacOS，Linux,移動設(shè)備的操作系統(tǒng)如Android,iOS；實用工具:執(zhí)行專門的任務(wù)，輔助計算機(jī)的運(yùn)行或保護(hù)數(shù)據(jù)；如殺毒軟件（McAfee），解壓縮軟件（winrar），數(shù)據(jù)備份軟件；軟件開發(fā)工具：程序員用來創(chuàng)建，修改和測試軟件的程序，如編譯程序，解釋程序；1.2應(yīng)用軟件使計算機(jī)處理日常工作的程序稱為應(yīng)用軟件；例如，文字處理程序（WPSWord），網(wǎng)頁瀏覽器（Chrome，F(xiàn)irefox），游戲程序（Dota2，LOL，PUBG）等；第1章計算機(jī)與編程基礎(chǔ)1.3存儲數(shù)據(jù)1.3計算機(jī)如何存儲數(shù)據(jù)？存儲在計算機(jī)中的所有數(shù)據(jù)都被轉(zhuǎn)換為0和1的序列；字節(jié)：1字節(jié)的內(nèi)存只夠存儲字母或者小數(shù)字；每個字節(jié)被分成8個位（比特）；位（比特）：將其看作能保持正電荷或負(fù)電荷的電氣元件，如可以開/關(guān)的微小開關(guān)；字節(jié)中位（比特）的開/關(guān)模式表示存儲在字節(jié)中的數(shù)據(jù)；1.3存儲數(shù)字（一）位（比特）有兩個取值，分別是0和1；計算機(jī)使用二進(jìn)制編碼系統(tǒng)；二進(jìn)制數(shù)中每個進(jìn)位都代表一個值，從最右邊往左，進(jìn)位的值費(fèi)別為1，2，4，8等；要確定二進(jìn)制數(shù)的值，只需將所有值為1的進(jìn)位值相加；1.3存儲數(shù)字（二）一個字節(jié)的存儲的數(shù)字大小范圍為0到255；0表示所有位（比特）都是關(guān)（00000000），255表示所有位（比特）都是開（11111111）；為了存儲更大的數(shù)字，我們需要使用多個字節(jié)；1.3存儲字符（一）存儲在計算機(jī)內(nèi)存中的任何數(shù)據(jù)都必須作為二進(jìn)制數(shù)存儲；一個字符被存儲在內(nèi)存中時，它首先被轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字編碼，在把數(shù)字編碼轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)存儲在內(nèi)存中；最重要的編碼方案稱為美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼（ASCII），例如A的ASCII碼是65；ASCII只定義了128個字符的數(shù)字編碼；Unicode編碼方案與ASCII兼容，也可以表示世界上許多語言的字符1.3存儲字符（二）計算機(jī)使用編碼方案和二進(jìn)制編號系統(tǒng)也能將負(fù)數(shù)和實數(shù)存儲在內(nèi)存中；負(fù)數(shù)使用二進(jìn)制補(bǔ)碼即使進(jìn)行編碼；實數(shù)使用浮點符號進(jìn)行編碼；1.3其他類型數(shù)據(jù)數(shù)字設(shè)備是可以與二進(jìn)制數(shù)據(jù)一起工作的任何設(shè)備，以二進(jìn)制形式存儲的數(shù)據(jù)可以用來描述任何事物；數(shù)字圖像由被稱為像素（圖像的元素）的小點構(gòu)成；圖像中的每個像素點都轉(zhuǎn)換為代表像素的顏色的一個二進(jìn)制數(shù)存儲在內(nèi)存中；數(shù)字歌曲由被稱為樣本的小塊構(gòu)成；每個樣本都被轉(zhuǎn)換成一個二進(jìn)制數(shù)存儲在內(nèi)存中，歌曲分成的樣本越多，播放時聽起來就越像原始音樂；第1章計算機(jī)與編程基礎(chǔ)1.4運(yùn)行程序1.4程序如何運(yùn)行？（一）CPU被設(shè)計用于對數(shù)據(jù)執(zhí)行簡單的操作，比如；從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，將兩個數(shù)相加、相減、相乘、相除；理解由機(jī)器語言編寫的指令及指令集（每個不用品牌的CPU都有自己獨特的指令集），機(jī)器語言指令總是二進(jìn)制的；因為CPU只知道如何執(zhí)行最基本的操作，所以為了完成一項任務(wù)需要CPU執(zhí)行許多操作才行；1.4程序如何運(yùn)行？（二）程序存儲在輔存中，每次CPU執(zhí)行時都必須將其復(fù)制到內(nèi)存中；1.4程序如何運(yùn)行？（三）當(dāng)CPU執(zhí)行一個程序中的指令時，進(jìn)行讀取-解析-執(zhí)行的指令周期過程；讀?。簩⑾乱粭l待執(zhí)行的指令從內(nèi)存中讀取到CPU中；解析：CPU解析剛從內(nèi)存中取出的指令，以確認(rèn)接下來應(yīng)該執(zhí)行的操作；執(zhí)行：執(zhí)行操作；1.4從機(jī)器語言到匯編語言（一）使用機(jī)器語言來編寫程序是不切實際的（編寫二進(jìn)制代碼非常煩瑣和耗時）；匯編語言：不使用二進(jìn)制數(shù)來表示指令，而使用稱為助記符的縮寫來表示指令，從而也簡化，方便了程序員的工作；add表示數(shù)據(jù)相加；mul表示數(shù)據(jù)相乘；mov表示將值移動到內(nèi)存中的指定位置；1.4從機(jī)器語言到匯編語言（二）匯編器：將匯編語言程序翻譯成CPU可直接執(zhí)行的機(jī)器語言程序；匯編語言的缺點：與機(jī)器語言一樣，必須對CPU的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理有一定的了解，最簡單的程序也要編寫大量匯編語言指令；1.4高級語言低級語言:類似于匯編語言之類的都稱為低級語言，低級語言都是機(jī)器語言的直接替代品，其本質(zhì)是上與機(jī)器語言非常接近的語言；高級語言：允許程序員專注于想要用程序執(zhí)行的任務(wù)，而不是CPU如何執(zhí)行這些程序的細(xì)節(jié)，同時也允許編寫功能強(qiáng)大且復(fù)雜的程序；無需知道CPU如何工作，也無需編寫大量的低級指令；大多高級語言使用易于理解的詞語；從某種程度上說，機(jī)器語言和匯編語言都是一種機(jī)器友好型的語言，而高級語言則是人類友好型的語言；1.4關(guān)鍵字，操作符和語法關(guān)鍵字:在高級語言中用來編寫程序的預(yù)定義字；每個關(guān)鍵字都有特定的意義；操作符：在高級語言程序中用來對數(shù)據(jù)執(zhí)行各種操作；算數(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符等；語法：編寫程序時必須嚴(yán)格遵循的一組規(guī)則；語句：高級語言中用于編寫程序的單個指令；1.4編譯器和解釋器（一）使用高級語言編寫的程序必須翻譯成機(jī)器語言才能被執(zhí)行；編譯器；解釋器；1.4編譯器和解釋器（二）編譯器：將高級語言程序轉(zhuǎn)換為獨立機(jī)器語言程序的程序；轉(zhuǎn)換后的機(jī)器語言程序可以隨時執(zhí)行；1.4編譯器和解釋器（三）解釋器：翻譯件并執(zhí)行高級語言程序的特殊程序；讀取程序中的每條獨立指令后，會將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言指令，然后立即執(zhí)行它們；不斷重復(fù)上面的過程執(zhí)行程序中的每個指令；解釋器將翻譯和執(zhí)行兩個過程合并在一起完成，不會創(chuàng)建獨立的機(jī)器語言程序；1.4編譯器和解釋器（四）源代碼：高級語言編寫的語句；語法錯誤：在源代碼中，不嚴(yán)格遵循語法而出現(xiàn)的能阻止程序被翻譯的錯誤；第1章計算機(jī)與編程基礎(chǔ)1.5使用Python1.5Python在運(yùn)行Python程序之前，我們必須在確保Python已安裝在計算機(jī)上且正確配置；下載地址：/downloads/在安裝Pyhton時，安裝的其中一項就是Python解釋器；Python解釋器可以在兩種模式下使用：交互模式：在此模式下，Python解釋器等待鍵盤上輸入的Pyhton語句。一旦輸入一條語句，解釋器就是執(zhí)行它，然后等待輸入下一條語句；腳本模式：將Pyhton語句寫入并保存在Python腳本中，解釋器讀取Python腳本中的每個語句并執(zhí)行；1.5交互模式首先打開操作系統(tǒng)的命令行，然后輸入python，即啟動了Python的交互模式，我們將看到如下提示；表示解釋器正在等待鍵入Python語句；在執(zhí)行完上一條語句后，提示符>>>將重新出現(xiàn)；如果鍵入的語句不正確，則顯示錯誤消息；交互模式是學(xué)習(xí)Python新知識的好方法；1.5在腳本模式下編寫和運(yùn)行Python程序（一）在交互模式輸入的Python語句不會另存為程序，交互模式下Python語句只是簡單的被執(zhí)行且將結(jié)果顯示在屏幕上；如果想創(chuàng)建Python程序，我們可以使用腳本模式；在腳本中保存一組Python語句；Python腳本文件的擴(kuò)展名為.py；若要運(yùn)行Python腳本，先在操作系統(tǒng)命令行中進(jìn)入保存腳本的路徑，然后輸入以下命令，1.5在腳本模式下編寫和運(yùn)行Python程序（二）首先打開文本編輯器，在其中輸入如下，然后保存該文件腳本，并命名為test.py；再打開操作系統(tǒng)的命令行，使用cd命令進(jìn)入test.py的路徑，比如，最后，在正確的文件路徑下，使用python命令解釋并運(yùn)行test.py腳本，如下，1.5集成開發(fā)環(huán)境除了在交互模式和腳本模式啟動Python解釋器以外，還有另外一種方式編寫，執(zhí)行和測試Pyhton程序，即使用集成開發(fā)環(huán)境IDE；IDE是一個提供編寫，執(zhí)行和測試程